Optimisation du processus de texturation des surfaces métalliques par faisceau laser

Le processus de texturation par laser représente la réalisation de motifs micro/macro géométrique, plus ou moins réguliers sur une surface métallique, à l'aide d'un faisceau d'énergie concentré dans un spot très fin. Obtenir des indicateurs de performances optimaux, oblige à étudier et comprendre les interactions physico-chimiques apparues dans la zone d'impact faisceau laser - matière. Cet article présente l'étude expérimentale et numérique sur le processus de texturation par laser pulsé de l'alliage de titane TA6V. Dans une première partie l'influence des paramètres opératoires sur les indicateurs des performances a été quantifiée par la méthodologie des plans des expériences. En analysant les résultats on a observé que la productivité et la qualité de la surface texturée dépend de l'énergie et de la fréquence des impulsions. Afin de déterminer les corrélations entre les paramètres opératoires et les fonctions objectifs, des modèles empiriques ont été établis

Projet CANet : un système de suivi de personnes à mobilité réduite grâce à leur canne de marche

National audienceLe projet CANet (CAne NETwork) a été mis en place en 2011 dans le but de répondre à une problématique sociétale tout en offrant l'opportunité à différents enseignants et enseignants-chercheurs de compétences variées et complémentaires de se regrouper autour d'un projet associant un volet recherche pluridisciplinaire à des activités pédagogiques pour nos étudiants d'IUT

Modélisation du processus de texturation par faisceau laser : approches expérimentale et numérique

The aim of this work is to reache a better control of the laser beam surface texturing process on three materials: 304L, TA6V and AA6056 alloys. For this purpose, two complementary methods, experimental and numerical modelling, have been used. As a result of the experimental design approach, it was observed that the laser surface texturing process of 304L and TA6V alloys is strongly influenced by the pulse energy and frequency. In order to obtain a surface roughness Sa < 5 µm for the highest possible productivity it is necessary to work with an energy of 5 mJ and a frequency ranging between 10 and 12 kHz. Unfortunately, for aluminium alloy AA6056, it is necessary to make a choice between having a good surface quality and having a high productivity. Numerical simulations of the coupled phenomena (heat transfer-hydrodynamics-mechanics) complete the experimental results. They show that the existence of a strong recoil pressure generates a strong movement of liquid towards the edges of the crater. This movement continues even after the end of the laser pulse due to the inertial effect. Since the liquid displacement is more significant in case of AA6056 than in case of 304L and TA6V, there is a more significant pad formation around the impact area of aluminium samples. This has a negative influence on surface roughness. In this case, in order to minimize the surface roughness, it is necessary to assure the best compromise which favours the vaporization in order to decrease the thickness of the melted layer and optimizes the covering rate of the impacts. In conclusion, the laser beam can successfully be used in metal surface texturing process.L'objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l'aide de la méthode des plans d'expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l'énergie et la fréquence des impulsions. Afin d'obtenir une rugosité Sa < 5 µm avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l'alliage d'aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l'existence d'une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (vitesse de mouvement de qq m.s-1) même après la fin d'impulsion (effet d'inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l'impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l'épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d'optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques

Influence of Interlayer Time on the Microstructural State of CoCrMo Coatings Applied by Selective Laser Melting on an Iron-based Substrate for Different Numbers of Layers

International audienceThe Selective Laser Melting process was used to perform cobalt-based alloy coatings on a C35 steel substrate. The relationships between interlayer times, iron dilution, crystalline structures, and micro-hardness were studied for different numbers of layers with an initial lased powder layer of 50μm thickness. Reducing the interlayer time increased the temperature reached in the melting bed and promoted matter transport from the substrate. The coating thickness consisted of a Co-Cr-Fe mixture, divided into two zones: a transition zone near the interface and a stabilized zone towards the substrate. The real coating thickness was found to be always greater when the interlayer time was reduced. For an interlayer time equal to 11 s (series 2), the iron dilution was always higher than for an interlayer time ranging between 42 s and 16 s (series 1), leading to a higher coating thickness. The microstructural state was also dependent on the interval time between successive layers. The coating microstructure was always cellular because of the high cooling rate. XRD analysis of the surface showed that this microstructure is essentially composed of two non-equilibrium phases: FCC and α’ BCC. The high hardness is due to the high content of iron which induces a martensite phase (series 2). Starting from 5 layers for series 1 and from 6 layers for series 2, the α’ BCC phase disappeared if the iron content on the coating surface was reduced by more than 45% content in weight. The mean coating hardness decreased with an increasing number of layers because of the decrease in the iron content. Finally, the micro-hardness of the FCC phase, for its part, was found to be dependent on the iron content in solution in the Co matrix

Modélisation du processus de texturation par faisceau laser (approches expérimentale et numérique)

L objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l aide de la méthode des plans d expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l énergie et la fréquence des impulsions. Afin d obtenir une rugosité Sa 5 m avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l alliage d aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l existence d une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (v qq m.s-1) même après la fin d impulsion (effet d inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques.The aim of this work is to have a better control on the laser beam surfaces texturing on three materials: 304L, TA6V and AA6056 alloys. For this purpose, it has been used two types of modelling, experimental and numerical, that are complementary. Using an experimental design approach it was observed that the laser surface texturing process of 304L and TA6V alloys are strongly influenced by energy and frequency of pulses. In order to obtain a surface roughness Sa 5 m for the biggest possible productivity it is necessary to work with an energy of 5 mJ and a frequency ranging between 10 and 12 kHz. Unfortunately, for aluminium alloy AA6056 it is necessary to make a choice between having a good surface quality and having a high productivity. The numerical simulations of the coupled phenomena (thermals-hydrodynamics-mechanics) complete the experimental information and they have been showed that the existence of a strong recoil pressure generates a strong movement of liquid towards the edges of the crater (v some m.s-1) which continues after the end of impulse (inertia effect). The fact that the displacement of the liquid is more important for AA6056 than for 304L and TA6V, determs a more important pads formation arround the impact. This has a negative influence on surface roughness. In this case, in order to minimize the surface roughness, it is necessary to assure the best compromise which is making possible to favour the vaporization, to decrease the thickness of the melt liquid and to optimize the covering rate of the impacts. In conclusion, the laser beam can successfully be used in metal s surfaces texturing process.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Influence of iron dilution on plastic deformation mechanisms in cobalt-based alloys: Consequence of phase transformations on tribological behavior

International audienceThe chemical composition and microstructure of metallic parts are parameters that affect plastic deformation accommodation mechanisms under friction stresses. The content of alloying elements impacts the stacking fault energy and the plastic deformation, and thus affects the tribological behavior. Depending on this content and the levels of mechanical stresses, plastic deformation of some alloys obtained under non-equilibrium conditions can occur. It is caused by different mechanisms, such as perfect slip and/or partial dislocation slip, as well as by phase transformation. The purpose of this study is to determine the influence of the plastic deformation accommodation mechanisms on tribological behavior by studying the effect of the iron content in cobalt-based alloys. For manufacturing purposes, cobalt-based coatings are produced on steel substrate using a additive manufacturing process (SLM). With this process, the microstructures of the cobalt-based coatings are essentially metastable FCC phase at room temperature with different contents of diluted iron. Tribological tests were carried out with a ball-to-disc contact. Iron contents were estimated by EDS-SEM. Analytical techniques such as XRD and EBSD were used to identify the microstructural changes observed in TTS due to tribological loading. The friction coefficient is linked to the evolution of the plastic deformation mechanisms activated to accommodate the contact. In particular, in addition to work-hardening phenomena, phase transformations are possible, namely a metastable FCC phase gives an HCP phase and a metastable FCC phase gives an α′-BCC phase under tribological loading. Both types of transformations can occur, individually or simultaneously, depending on the iron content in the coating

Modélisation du processus de texturation par faisceau laser (approches expérimentale et numérique)

L objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l aide de la méthode des plans d expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l énergie et la fréquence des impulsions. Afin d obtenir une rugosité Sa 5 m avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l alliage d aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l existence d une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (v qq m.s-1) même après la fin d impulsion (effet d inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques.The aim of this work is to have a better control on the laser beam surfaces texturing on three materials: 304L, TA6V and AA6056 alloys. For this purpose, it has been used two types of modelling, experimental and numerical, that are complementary. Using an experimental design approach it was observed that the laser surface texturing process of 304L and TA6V alloys are strongly influenced by energy and frequency of pulses. In order to obtain a surface roughness Sa 5 m for the biggest possible productivity it is necessary to work with an energy of 5 mJ and a frequency ranging between 10 and 12 kHz. Unfortunately, for aluminium alloy AA6056 it is necessary to make a choice between having a good surface quality and having a high productivity. The numerical simulations of the coupled phenomena (thermals-hydrodynamics-mechanics) complete the experimental information and they have been showed that the existence of a strong recoil pressure generates a strong movement of liquid towards the edges of the crater (v some m.s-1) which continues after the end of impulse (inertia effect). The fact that the displacement of the liquid is more important for AA6056 than for 304L and TA6V, determs a more important pads formation arround the impact. This has a negative influence on surface roughness. In this case, in order to minimize the surface roughness, it is necessary to assure the best compromise which is making possible to favour the vaporization, to decrease the thickness of the melt liquid and to optimize the covering rate of the impacts. In conclusion, the laser beam can successfully be used in metal s surfaces texturing process.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Traitement de surface métallique induit par faisceau laser Nd:YAG Q-switch de marquage : modélisation d'un impact laser

International audienceNous nous intéressons à la modélisation des phénomènes physiques intervenant lors du traitement des matériaux par un faisceau laser Nd:YAG impulsionnel. Deux applications industrielles sont étudiées : le procédé de la texturation par laser et le procédé de coloration de surface par laser

Remelting of Flame Spraying PEEK Coating Using Lasers

International audienceFlame spraying is frequently used for polyether ether ketone (PEEK) and PTFE coating deposition on metallic surfaces. However, this process has a certain number of limitations, particularly on the coating quality such as high porosity, low interfacial adherence, etc. For that reason a thermal post-processing step is often necessary. The objective of this study is to analyze the effects produced during a laser beam heat treatment on morphological structure (compactness) of PEEK coatings and their mechanical properties (adherence and tribology). The influence of the laser beam wavelength (by using a Nd:YAG, CO2 or diode lasers) on compactness of the flame sprayed PEEK coating deposited on metallic substrate (304L) was analyzed. Since the value of laser light absorption coefficient of the PEEK coating depends on the laser wavelength, an optimization of the operational parameters for each laser has been carried out in order to achieve melting but not burning of the PEEK coating. Nevertheless, whatever the laser wavelengths used, the results showed a good effect of the laser treatment: improvement of both polymer coating compactness and its adherence to the substrate